[go: up one dir, main page]

JPH11102545A - Information processor - Google Patents

Information processor

Info

Publication number
JPH11102545A
JPH11102545A JP28140597A JP28140597A JPH11102545A JP H11102545 A JPH11102545 A JP H11102545A JP 28140597 A JP28140597 A JP 28140597A JP 28140597 A JP28140597 A JP 28140597A JP H11102545 A JPH11102545 A JP H11102545A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
recording medium
plane
resistance
information processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28140597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Shito
俊一 紫藤
Takayuki Yagi
隆行 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP28140597A priority Critical patent/JPH11102545A/en
Publication of JPH11102545A publication Critical patent/JPH11102545A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an information processor which, in order to control the parallelism between a plane on which a plurality of probes are provided and a recording medium surface, can maintain the parallelism between the probe plane and the recording medium surface with a high precision by using a simple construction. SOLUTION: A plurality of probes 101, which scan a recording medium 102 with probe needles and write and read information by physical interactions are arranged in a plane 2-dimensionally. A position control means, which controls the parallelism between the probe plane and the surface of the recording medium, is provided. The position control means has a probe with a cantilever structure having a piezoelectric resistance element, a resistance measuring means 107, which measures the resistance of the piezoelectric resistance element, an actuator, which controls the relative position between the probe and the recording medium in accordance with the measured resistance and a laser 110, which emits beams to the probe and the recording medium simultaneously. The resistance, which is changed by the laser emission, is measured by the resistance measuring means to control the parallelism between the probe plane and the recording medium surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、探針と試料を両者
間に電圧を印加し、接近させることによって生じる電気
現象を利用した情報の記録再生装置に係り、特に、複数
のプローブが平面内に2次元的に配置され、情報の記録
再生の際にプローブ平面と記録媒体表面との2平面を平
行に制御するための位置制御手段を備えた情報処理装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information recording / reproducing apparatus utilizing an electrical phenomenon caused by applying a voltage between a probe and a sample and bringing the sample and the sample close to each other, and more particularly, to a device in which a plurality of probes are arranged in a plane. The present invention relates to an information processing apparatus which is provided two-dimensionally and has position control means for controlling two planes of a probe plane and a recording medium surface in parallel when recording and reproducing information.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、探針と試料とを接近させ、その時
に生じる物理現象(トンネル現象、原子間力等)を利用
して、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察でき
る走査型プローブ顕微鏡(以下SPMと略す)が開発さ
れ、単結晶、非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を
高い分解能で測定できるようになっている。産業分野に
おいては、近年、SPMの原子あるいは分子サイズの高
分解能を有する原理に着目し、特開昭63−16155
2号公報および特開昭63−161553号公報に開示
されているように、媒体に記録層を用いることによる情
報記録再生装置への応用、実用化が精力的に進められて
いる。そして上記のような情報記録再生装置への応用に
際しては、その転送レートの向上のために、複数プロー
ブの並列処理(マルチ化)が進んでいる。また、そのた
めのプローブ作製プロセスも、従来の半導体プロセス等
を用いて検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a probe is brought closer to a sample, and a physical probe (tunnel phenomenon, atomic force, or the like) generated at that time is used to directly observe a material surface and an electronic structure near the surface. Microscopes (hereinafter abbreviated as SPMs) have been developed, and real-space images of various physical quantities, whether single-crystal or amorphous, can be measured with high resolution. In the industrial field, in recent years, attention has been paid to the principle of high resolution of the atomic or molecular size of SPM and disclosed in JP-A-63-16155.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 2 and JP-A-63-161553, application and practical application to an information recording / reproducing apparatus by using a recording layer in a medium have been energetically advanced. When applied to an information recording / reproducing apparatus as described above, parallel processing (multiplication) of a plurality of probes is progressing in order to improve the transfer rate. Also, a probe fabrication process for that purpose is being studied using a conventional semiconductor process or the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のような記録再生
システムを構築する場合、例えば、200Mbps程度
の転送速度を得るためには、1本当たり100kbps
のプローブを用いたとしても2000本のプローブが必
要になってくる。2000本のプローブは例えば同一基
板上に半導体プロセスを用いて作製される。しかしなが
ら、すべてのプローブが媒体と相互作用を起こすことが
できる距離に合わせるには、媒体表面とプローブ基板の
距離制御が必要不可欠である。そのためには、例えばプ
ローブ基板上にプローブ基板と記録媒体との距離を測定
するための測定機構を設け、その距離をフィードバック
制御によって一定に保つことによって実現できる。とこ
ろで、そのような距離測定を複数点で同時に行う場合
に、従来から用いられている光てこ方式のAFMでは、
光学的な検出系を複数個構成することが必要となり、系
全体が複雑かつ大きなものとなっていたため、情報記録
再生装置も大きくなってしまう上、作製も困難であると
いう点等に問題があった。
When a recording / reproducing system as described above is constructed, for example, in order to obtain a transfer speed of about 200 Mbps, 100 kbps per line is required.
Even if these probes are used, 2000 probes are required. For example, 2000 probes are manufactured on the same substrate by using a semiconductor process. However, control of the distance between the medium surface and the probe substrate is indispensable in order to match the distance at which all the probes can interact with the medium. This can be realized by, for example, providing a measurement mechanism for measuring the distance between the probe substrate and the recording medium on the probe substrate, and keeping the distance constant by feedback control. By the way, when such distance measurement is performed at a plurality of points at the same time, in the optical lever type AFM conventionally used,
It is necessary to configure a plurality of optical detection systems, and the entire system is complicated and large, so that the information recording / reproducing apparatus becomes large and the production is difficult. Was.

【0004】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、複数のプローブが配置された平面と記
録媒体表面との2平面を平行に制御するに際して、簡単
な構造によって、プローブ平面と記録媒体表面との2平
面の平行を高精度に保つことが可能な情報処理装置を提
供することを目的としている。
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art. When controlling two planes, that is, a plane on which a plurality of probes are arranged and a surface of a recording medium, in parallel, the probe plane and the probe plane have a simple structure. It is an object of the present invention to provide an information processing apparatus capable of keeping the two planes parallel to the surface of a recording medium with high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、情報処理装置をつぎのように構成したこと
を特徴としている。すなわち、本発明の情報処理装置
は、記録媒体に対して探針を走査し、その物理的相互作
用により情報の書き込みと読み出しを行なう複数のプロ
ーブが平面内に2次元的に配置され、情報の記録再生の
際にプローブ平面と記録媒体表面との2平面を平行に制
御するための位置制御手段を備えた情報処理装置であっ
て、前記位置制御手段が、ピエゾ抵抗体を備えたカンチ
レバー構造のプローブと、該ピエゾ抵抗体の抵抗値を測
定する抵抗測定手段と、前記ピエゾ抵抗体の抵抗値によ
って前記プローブと前記記録媒体間の位置を制御するア
クチュエータと、前記プローブと前記記録媒体を同時照
射するレーザとを有し、該レーザの照射によって変化す
る前記ピエゾ抵抗体の抵抗値を前記抵抗測定手段によっ
て検出して前記プローブ平面と前記記録媒体表面との2
平面を平行に制御することを特徴としている。また、本
発明の情報処理装置は、前記位置制御手段におけるプロ
ーブが、少なくとも3本の位置検出プローブからなり、
該3本の位置検出プローブが2次元的に配置されたプロ
ーブ平面内において同一直線上にない位置に配置されて
いることを特徴としている。また、本発明の情報処理装
置は、前記情報の書き込みがプローブと記録媒体との間
に電気的なバイアスを印加する手段により行われること
を特徴としている。また、本発明の情報処理装置は、前
記物理的相互作用が電流であることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that the information processing apparatus is configured as follows. That is, the information processing apparatus of the present invention scans the probe with respect to the recording medium, and a plurality of probes for writing and reading information by physical interaction are two-dimensionally arranged in a plane, and the information What is claimed is: 1. An information processing apparatus comprising: a position control unit for controlling two planes of a probe plane and a recording medium surface in parallel at the time of recording / reproduction, wherein said position control unit has a cantilever structure having a piezoresistor. A probe, a resistance measuring unit for measuring a resistance value of the piezoresistor, an actuator for controlling a position between the probe and the recording medium by a resistance value of the piezoresistor, and simultaneously irradiating the probe and the recording medium A resistance value of the piezoresistor, which is changed by irradiation of the laser, is detected by the resistance measuring means, and the probe plane and the recording surface are recorded. 2 of the body surface
It is characterized in that the planes are controlled in parallel. Further, in the information processing apparatus of the present invention, the probe in the position control means includes at least three position detection probes,
The three position detection probes are arranged at positions not on the same straight line in a two-dimensionally arranged probe plane. Further, the information processing apparatus of the present invention is characterized in that the writing of the information is performed by means for applying an electric bias between the probe and the recording medium. Further, the information processing apparatus according to the present invention is characterized in that the physical interaction is an electric current.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明は、上記したとおり、ピエ
ゾ抵抗体を用い、レーザの照射によって変化する前記ピ
エゾ抵抗体の抵抗値を前記抵抗測定手段によって検出し
て、前記プローブ平面と前記記録媒体表面との2平面を
平行に制御するように構成することにより、従来の光て
こや光干渉による変位検出よりも構造を簡単にすること
ができ、特に、2次元的に配置された3本以上の位置検
出プローブを、該プローブが配置された平面内において
それらを同一直線上にない位置に配置する構成を採るこ
とにより、プローブ平面と記録媒体表面との2平面の平
行を高精度に保つことが可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, the present invention uses a piezoresistor, detects the resistance of the piezoresistor that changes by laser irradiation by the resistance measuring means, and records the resistance value on the probe plane and the recording. By controlling the two planes in parallel with the medium surface, the structure can be simplified as compared with the conventional displacement detection by optical lever or optical interference. By adopting a configuration in which the above-described position detection probes are arranged at positions that are not on the same straight line in the plane where the probes are arranged, the parallelism between the two planes of the probe plane and the recording medium surface is maintained with high accuracy. It becomes possible.

【0007】[0007]

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。 [実施例1]図1は、本発明の実施例1における位置決
め装置の構成を示すものである。101はピエゾ抵抗を
用いた変位系を備えた変位検出プローブで片持ち梁構造
をしている。構造の詳細は後述する。このプローブの電
気抵抗値の変化は接続された抵抗測定部107によって
測定される。後述するがこの測定値は媒体基板102と
プローブとの距離を表しているため、その値を用いて後
段の制御部106は接近制御部108の動作を制御す
る。接近制御部108はアクチュエータ(本実施例の場
合にはプローブ側に積層型圧電アクチュエータを用い
た)を持っており、媒体基板102とプローブの距離を
実際にアクチュエータを駆動させることによって決めて
いる。本実施例では制御方法としてはコンベンショナル
なPID制御を用いた。また、プローブ101にはピエ
ゾ抵抗体内部のキャリア密度を上昇させるために、レー
ザ110によって光が照射されている。本実施例では波
長として630nmの半導体レーザを用いた。ステージ
103は、走査信号生成部105から出る走査信号をア
ンプ104を通してステージのアクチュエータ(本実施
例の場合には積層型圧電アクチュエータを用いた)に駆
動信号として印加することによって走査される。走査信
号生成部105は制御部106によってその掃引幅設
定、掃引速度設定や指定場所への位置決め制御等がされ
ている。
Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 shows the configuration of a positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Reference numeral 101 denotes a displacement detection probe having a displacement system using a piezoresistor, which has a cantilever structure. Details of the structure will be described later. The change in the electric resistance value of the probe is measured by the connected resistance measuring unit 107. As will be described later, since the measured value indicates the distance between the medium substrate 102 and the probe, the control unit 106 at the subsequent stage controls the operation of the approach control unit 108 using the measured value. The approach control unit 108 has an actuator (in this embodiment, a stacked piezoelectric actuator is used on the probe side), and determines the distance between the medium substrate 102 and the probe by actually driving the actuator. In this embodiment, conventional PID control is used as a control method. The probe 101 is irradiated with light by a laser 110 in order to increase the carrier density inside the piezoresistor. In this embodiment, a semiconductor laser having a wavelength of 630 nm is used. The stage 103 is scanned by applying a scanning signal output from the scanning signal generation unit 105 to a stage actuator (in this embodiment, a laminated piezoelectric actuator is used) as a driving signal through an amplifier 104. The scanning signal generation unit 105 is controlled by the control unit 106 to set the sweep width, set the sweep speed, and control the positioning to a designated place.

【0008】図2は、図1の変位検出プローブ101の
構造を示すものである。プローブ101は片持ち梁で先
端に探針201が付いている。このプローブはnタイプ
のSi基板にpタイプのピエゾ抵抗204を形成しレバ
ーにしたもので、その構造は下図に示すようになってい
る。このプローブの作製方法については特開平5−19
6458号公報に開示されているSOI基板を用いたプ
ロセスと同様のものを用いて形成した。203が基板及
び片持ち梁アーム、204がピエゾ抵抗体、201は探
針、205は絶縁体保護層、202は金属配線パターン
である。Lは片持ち梁の実効的な長さ、Wは実効的な幅
の1/2、Hはレバーの厚さを示している。この大きさ
によってレバーの機械特性(弾性定数や共振周波数)が
変化すると共に、ピエゾ抵抗の大きさにも影響を与え
る。本実施例で使用したプローブはW=20μm、L=
50μm、H=2μmで、ピエゾ抵抗体の厚さ=0.2
μm、応力が働かない場合の抵抗値Rinit=14kΩ
(プローブ間ばらつき0.01%)であった。また、探
針の高さは2μmで、レバー全体の共振周波数はフリー
撓みの1次のモードで120kHzであった。このよう
なプローブを用いて変位を抵抗で測定する場合には、一
般的にブリッジ回路を用いる。それは図8に示すような
もので、測定したい抵抗値(Rs)の変化をA点とB点
の電位差の変化によって測定しようというものである。
A・B点の間の電位差は後段の差動増幅器によって必要
な倍率まで増幅されて検出されるが、この際、十分な倍
率を得るためには初期状態(プローブが抵抗変化を起こ
していない状態)においてA・B点の間の電位差がゼロ
であることが望ましい。実際の測定の場合には図3のよ
うに抵抗変化を測定する抵抗体をブリッジに挿入して行
う。
FIG. 2 shows the structure of the displacement detection probe 101 of FIG. The probe 101 is a cantilever and has a probe 201 at the tip. This probe has a lever formed by forming a p-type piezoresistor 204 on an n-type Si substrate, and its structure is as shown in the figure below. The method for producing this probe is described in JP-A-5-19.
It was formed using the same process as that using an SOI substrate disclosed in Japanese Patent No. 6458. 203 is a substrate and a cantilever arm, 204 is a piezoresistor, 201 is a probe, 205 is an insulator protective layer, and 202 is a metal wiring pattern. L indicates the effective length of the cantilever, W indicates 1/2 of the effective width, and H indicates the thickness of the lever. The magnitude changes the mechanical properties (elastic constant and resonance frequency) of the lever and also affects the magnitude of the piezoresistance. The probe used in this example is W = 20 μm, L =
50 μm, H = 2 μm, thickness of piezoresistor = 0.2
μm, resistance value when no stress works R init = 14 kΩ
(0.01% variation between probes). The height of the probe was 2 μm, and the resonance frequency of the entire lever was 120 kHz in the first mode of free bending. When displacement is measured by resistance using such a probe, a bridge circuit is generally used. As shown in FIG. 8, the change in the resistance value (Rs) to be measured is to be measured by the change in the potential difference between the points A and B.
The potential difference between the points A and B is detected by being amplified to a required magnification by a differential amplifier at the subsequent stage. At this time, in order to obtain a sufficient magnification, an initial state (a state in which the resistance does not change in the probe). In ()), it is desirable that the potential difference between points A and B is zero. In the case of actual measurement, a resistor for measuring a resistance change is inserted into a bridge as shown in FIG.

【0009】つぎに、このようなプローブを用いて位置
検出を行う原理を図4を用いて示す。抵抗体は熱や光に
よってその抵抗値を変化させるのが一般的である。光に
よった場合には、光が当たることによってピエゾ抵抗体
内部のキャリア密度の上昇が起こるために、抵抗値は減
少する。また、温度の上昇によっては抵抗体の物質によ
ってその特性が異なる。金属抵抗等の場合は温度の上昇
によって抵抗値は上昇する。これは、温度の上昇によっ
て格子振動がより激しくなり、電流である電子の走行を
妨害するタイプである。一方で半導体等の場合には温度
の上昇によってキャリアである電荷の量が増加するため
に電流が流れやすくなる熱活性タイプがある。本実施例
で用いるプローブの抵抗体はP型半導体であるために後
者の熱活性の現象が支配的に起こるものと考えられる。
すなわち、プローブの温度上昇によって、ピエゾ抵抗体
の抵抗値は小さくなる方向に変化を起こす。
Next, the principle of performing position detection using such a probe will be described with reference to FIG. Generally, a resistor changes its resistance value by heat or light. In the case of using light, the resistance value decreases because the carrier density inside the piezoresistor increases due to the light. Further, depending on the rise in temperature, the characteristics vary depending on the substance of the resistor. In the case of a metal resistor or the like, the resistance value increases with an increase in temperature. This is a type in which lattice vibration becomes more intense due to a rise in temperature, and impedes the movement of electrons, which are current. On the other hand, in the case of a semiconductor or the like, there is a heat-active type in which a current easily flows because the amount of charge as a carrier increases due to a rise in temperature. Since the resistor of the probe used in this embodiment is a P-type semiconductor, it is considered that the latter phenomenon of thermal activation occurs predominantly.
That is, the resistance value of the piezoresistor changes in the direction of decreasing with the temperature rise of the probe.

【0010】本実施例のような構成にすることによって
プローブにレーザ光が照射され、プローブのピエゾ抵抗
体は光励起や温度上昇に伴う熱励起等によってキャリア
密度が上昇し、抵抗が低下する。しかしながら、図4に
示すように、照射している光がコヒーレントなレーザ光
であるために、光は媒体基板とプローブにおいて反射を
起こし、プローブと基板間に定在波を形成する。すなわ
ち、光強度が面に垂直方向に定常的な分布を示す。した
がって、このようなところにピエゾ抵抗プローブを挿入
した場合は図にあるとおり、媒体基板との距離に応じ
て、すなわち光強度に応じて、抵抗値が変化することが
わかる。
With the configuration as in the present embodiment, the probe is irradiated with laser light, and the piezoresistor of the probe has an increased carrier density due to photoexcitation or thermal excitation accompanying a rise in temperature, and the resistance is reduced. However, as shown in FIG. 4, since the irradiated light is a coherent laser light, the light reflects on the medium substrate and the probe, and forms a standing wave between the probe and the substrate. That is, the light intensity shows a steady distribution in the direction perpendicular to the plane. Therefore, when the piezoresistive probe is inserted in such a place, as shown in the figure, it can be seen that the resistance value changes according to the distance from the medium substrate, that is, according to the light intensity.

【0011】実際にプローブを媒体に接近させた場合の
抵抗値変化を図5に示す。横軸であるプローブ位置はグ
ラフ右に行くほどプローブに接近する方向である。抵抗
値は距離変化に応じて波状に変化している。この波の波
長は定在波の繰り返し長と等しく、レーザ光の波長λ
(670nm)の半分の長さ(335nm)になってい
る。また、プローブ位置を媒体に近づけていくと距離L
0で大きく変化する。この点は、プローブの先端に配置
されている探針が媒体に接触してレバーが撓んだことに
より、大きな抵抗変化を生じたためである。また、L0
よりも小さい位置で、抵抗値が波打ちながら徐々に増加
している原因は、プローブと媒体が近づくにつれて両者
の間に大気分子を媒介とした熱のやりとりが起こったこ
とによるものである。接近によって媒体に熱を奪われた
プローブは温度降下を引き起こし、結果的にはピエゾ抵
抗がより大きくなる方向に変化していく。
FIG. 5 shows a change in resistance value when the probe is actually brought close to the medium. The probe position on the horizontal axis is a direction approaching the probe as going to the right of the graph. The resistance value changes in a wavy manner according to the change in distance. The wavelength of this wave is equal to the repetition length of the standing wave, and the wavelength λ of the laser light
(670 nm), which is half the length (335 nm). When the probe position is moved closer to the medium, the distance L
It changes greatly at 0 . This is because the probe, which is disposed at the tip of the probe, comes into contact with the medium and the lever bends, causing a large change in resistance. Also, L 0
The reason why the resistance value gradually increases while waving at a position smaller than that is due to heat exchange mediated by atmospheric molecules between the probe and the medium as they approach. The probe whose heat has been deprived of the medium by the approach causes a temperature drop, and consequently changes in a direction in which the piezoresistance becomes larger.

【0012】次にこの信号変化から位置の測定を行う。
まず、図5上図のL0を検出し、次にその位置から波の
個数を数えてλ/2の単位で位置計測が可能である。た
とえば、接触位置L0から離れる方向に山谷の番号を図
5の上図のように1、2、3、・・N、N+1、N+
2、・・と付けると、N番目の山(もしくは谷)の位置
はプローブがL0から測って(N−1)λ/2〜Nλ/
2プラス探針部の高さ(本実施例の場合は2μm)の距
離にあることがわかる。本実施例では山谷の探索に図5
の下図に示すように抵抗の位置による微分値を用いて行
なった。微分値が0になる点を探し、それをカウントす
ることによって位置の測定がλ/2(本実施例において
は335nm)の精度で可能となった。しかしながら、
この測定において微分値が0になる点をカウントするこ
とは特に重要ではなく、微分値のある特定の値の点や極
大点等を数えてもなんら本発明に実質的な影響を与えな
い。
Next, the position is measured from this signal change.
First, L 0 in the upper part of FIG. 5 is detected, and then the number of waves is counted from that position, and the position can be measured in units of λ / 2. For example, the number of peaks and valleys in a direction away from the contact position L 0 as shown above in FIG. 5 1,2,3, ·· N, N + 1, N +
2, and put the ..., the position of the N-th of the mountain (or valley) is measured probe from the L 0 (N-1) λ / 2~Nλ /
It can be seen that there is a distance of 2 plus the height of the probe portion (2 μm in the case of the present embodiment). In this embodiment, the search for mountains and valleys is performed as shown in FIG.
As shown in the figure below, the measurement was performed using a differential value according to the position of the resistor. By searching for a point where the differential value becomes 0 and counting the point, the position can be measured with an accuracy of λ / 2 (335 nm in this embodiment). However,
In this measurement, it is not particularly important to count the points at which the differential value becomes 0, and even if the points having a specific value of the differential value, the maximum point, etc. are counted, there is no substantial effect on the present invention.

【0013】[実施例2]実施例2においては、実施例
1で用いた構成を用いて、位置制御を行った。まず実施
例1におけると同様に、プローブと媒体の位置を設定す
る。すなわちλ/2を単位として、設定したい距離を山
谷のカウント数で合わせる。次に、図1の制御部106
によって抵抗値の微分値が絶えず0になるように接近制
御部108を駆動し、PID制御によってプローブ媒体
間の距離を制御した。本実施例ではカウント数を10に
設定して距離を決定し(3.015μm〜3.350μ
mの間)、その位置に距離を固定した。その精度は、例
えばレーザ光による干渉によりプローブの変位が測定で
きる別な系を用意して測定した場合、変動は1nm以下
となっており、高い精度で位置固定が可能であることが
わかった。また、本実施例ではフィードバックの基準位
置を抵抗値の微分値が0になる点としたが、この設定値
自体には特に意味はなく、ある適当な値、もしくは極大
値としてもよいし、更に抵抗値の2階微分の値にしても
良い。
[Embodiment 2] In Embodiment 2, the position control is performed using the configuration used in Embodiment 1. First, as in the first embodiment, the positions of the probe and the medium are set. That is, the distance to be set is matched with the count number of valleys and λ / 2 as a unit. Next, the control unit 106 shown in FIG.
, The proximity control unit 108 was driven such that the differential value of the resistance value constantly became 0, and the distance between the probe media was controlled by PID control. In this embodiment, the distance is determined by setting the count number to 10 (3.015 μm to 3.350 μm).
m), the distance was fixed at that position. When the accuracy was measured by preparing another system capable of measuring the displacement of the probe due to interference by laser light, for example, the fluctuation was 1 nm or less, and it was found that the position could be fixed with high accuracy. Further, in the present embodiment, the reference position of the feedback is set to a point where the differential value of the resistance value becomes 0. However, the set value itself has no particular meaning, and may be a certain appropriate value or a maximum value. The second derivative of the resistance value may be used.

【0014】[実施例3]実施例3は、本発明をメモリ
システムに応用したものである。プローブ基板としては
図6に示すようなものを用いた。プローブ基板601上
には本発明で特徴的な位置検出用プローブ602と記録
再生用プローブ603とが配置されている。記録媒体基
板はこのプローブ基板と対向して設定される。図7は位
置検出用プローブと記録再生用プローブとの関係を示し
たものである。703がプローブ基板に対向して設定さ
れた媒体基板で701が位置検出用プローブ、702が
記録再生用プローブである。また位置検出用プローブに
はレーザ光704が照射されている。探針の高さ等を調
整することで2基板を接近させた時のプローブの媒体に
対する接触順が調整可能である。
Embodiment 3 Embodiment 3 is an application of the present invention to a memory system. A probe substrate as shown in FIG. 6 was used. A probe 602 for position detection and a probe 603 for recording / reproduction characteristic of the present invention are arranged on the probe substrate 601. The recording medium substrate is set to face the probe substrate. FIG. 7 shows the relationship between the position detecting probe and the recording / reproducing probe. Reference numeral 703 denotes a medium substrate set to face the probe substrate, reference numeral 701 denotes a position detection probe, and reference numeral 702 denotes a recording / reproducing probe. The position detecting probe is irradiated with laser light 704. By adjusting the height of the probe and the like, the contact order of the probe with the medium when the two substrates are brought close can be adjusted.

【0015】本実施例では図7に示すような関係を用い
ている。すなわち、両基板が近づいてくると、まず図7
の(b)に示すように記録再生プローブが媒体に接し、
次に更に押し込むと位置検出プローブの探針が接触す
る。記録再生は特開昭63−161552号公報および
特開昭63−161553号公報に開示されているよう
な方法によって行った。記録再生プローブ702は探針
が導電性を持っており、探針は外部検出回路に電気的に
接続されている。この探針を通して媒体にバイアスを印
加し、また電流値を検出するように配線されている。記
録媒体には同じく特開昭63−161552号公報また
は特開昭63−161553号公報に記載の共役π電子
系を持つ有機化合物をラングミュア−ブロジェット法に
よって成膜した6単分子層の有機超薄膜(LB膜)を用
いた。記録は、上述した様な電流検出プローブに時系列
で順々にパルス電圧を印加する方法で行なった。記録の
ための印加波形は波高値3Vの三角波を用いた。再生に
は基板側に2VのDCバイアスを印加して、電流を測定
する方法によって行なった。なお、ビットの記録再生は
媒体の面方向に平行な掃引を行ないながら、媒体上の所
望の位置に記録再生プローブを持っていき、ビットが記
録再生できるようになっている。
In this embodiment, the relationship shown in FIG. 7 is used. That is, when both substrates approach, first, FIG.
The recording / reproducing probe comes into contact with the medium as shown in FIG.
Next, when the probe is further pushed, the probe of the position detection probe comes into contact. Recording and reproduction were performed by the method disclosed in JP-A-63-161552 and JP-A-63-161553. The probe of the recording / reproducing probe 702 has conductivity, and the probe is electrically connected to an external detection circuit. Wiring is performed so that a bias is applied to the medium through the probe and a current value is detected. As a recording medium, an organic compound having six monolayers formed by a Langmuir-Blodgett method using an organic compound having a conjugated π-electron system also described in JP-A-63-161552 or JP-A-63-161553. A thin film (LB film) was used. Recording was performed by applying a pulse voltage to the current detection probe in time series as described above. An applied waveform for recording was a triangular wave having a peak value of 3V. The reproduction was performed by applying a DC bias of 2 V to the substrate side and measuring the current. For recording and reproducing bits, the recording and reproducing probe is brought to a desired position on the medium while sweeping parallel to the surface direction of the medium, so that the bits can be recorded and reproduced.

【0016】次に、プローブ基板と媒体基板を平行に保
つ手順について説明する。実施例1とほぼ同様に位置測
定を行うが、実施例1の場合と異なり位置検出用プロー
ブを接触させるまで接近させず、基準点には近傍の記録
再生プローブの接触点を用いる。すなわち、媒体基板に
あらかじめ電圧を印加しておき(読み出しバイアス)、
近傍の記録再生プローブに電流が流れた瞬間を位置L0
としてそこから抵抗値波形の波の数をカウントする。カ
ウント方法は実施例1と同様である。また次に実施例2
に示したものと全く同様な制御方法によって、記録再生
プローブの接触点からの押し込み量をフィードバック制
御することが可能となる。上記の方法によって1つの位
置検出プローブと媒体基板の距離制御が可能となった。
本実施例の場合はこのような位置検出プローブ3本をプ
ローブ基板上に同一直線上にないように配置し、その位
置検出プローブの位置に接近用アクチュエータを設置し
て、基板上の3点で距離制御を行い平行を保持した。
Next, a procedure for keeping the probe substrate and the medium substrate parallel will be described. The position measurement is performed in substantially the same manner as in the first embodiment, but unlike the first embodiment, the position is not approached until the position detecting probe is brought into contact, and the contact point of the nearby recording / reproducing probe is used as the reference point. That is, a voltage is applied to the medium substrate in advance (read bias),
The moment when a current flows through a nearby recording / reproducing probe is defined as a position L 0.
From there, the number of waves of the resistance value waveform is counted. The counting method is the same as in the first embodiment. Example 2
With the control method exactly the same as that shown in (1), it is possible to perform feedback control of the pushing amount of the recording / reproducing probe from the contact point. With the above method, the distance between one position detection probe and the medium substrate can be controlled.
In the case of the present embodiment, three such position detection probes are arranged on the probe substrate so as not to be on the same straight line, and an approach actuator is installed at the position of the position detection probe, and three points on the substrate are used. Distance control was performed to maintain parallelism.

【0017】結果として、アクチュエータのドリフトや
システムの寄生振動等により両面が非平行状態になるこ
とを防ぐことができ、すべての記録再生プローブを媒体
基板に安定に接触させておくことが可能となり、記録再
生時のプローブの非接触状態が回避できた。具体的に
は、初期化時のみに平行にセットし平行制御をしない場
合は〜0.01であったものが、本発明の制御を行った
場合は〜0.001になり、およそ10倍のエラーレー
トの向上が得られた。最後に、本実施例では、レーザ光
を外部レーザによって3プローブに照射したが、本発明
の場合はコヒーレントな光を照射するのみでよい(光の
検出系は不必要)ため、実際にプロセス上で集積化・高
密度化を行う場合には面発光レーザ等を用いて同一基板
上に構成することも十分可能である。また、実質上光の
干渉を計測しているために、光の波長を変化させること
によって精度の向上等が図れる。
As a result, it is possible to prevent the two surfaces from becoming non-parallel due to the drift of the actuator, the parasitic vibration of the system, etc., and it is possible to keep all the recording / reproducing probes in stable contact with the medium substrate. The non-contact state of the probe during recording / reproduction can be avoided. Specifically, the value was ~ 0.01 when the parallel setting was not performed and the parallel control was performed only at the time of initialization, but was ~ 0.001 when the control of the present invention was performed, which is about 10 times. The improvement of the error rate was obtained. Finally, in the present embodiment, the laser beam was irradiated to the three probes by the external laser. However, in the case of the present invention, it is only necessary to irradiate coherent light (the light detection system is unnecessary). In the case where the integration and the density increase are performed by using the same, it is sufficiently possible to form them on the same substrate by using a surface emitting laser or the like. Further, since the interference of light is substantially measured, the accuracy can be improved by changing the wavelength of light.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明は、以上のように、ピエゾ抵抗体
を備えたカンチレバー構造のプローブを備え、レーザの
照射によって変化する前記ピエゾ抵抗体の抵抗値を前記
抵抗測定手段によって検出して、前記プローブ平面と前
記記録媒体表面との2平面を平行に制御するように構成
することにより、従来の光てこや光干渉による変位検出
よりも構造を簡単にすることができ、特に、2次元的に
配置された3本以上の位置検出プローブを、該プローブ
が配置された平面内においてそれらを同一直線上にない
位置に配置する構成を採ることにより、プローブ平面と
記録媒体表面との2平面の平行を高精度に保つことが可
能となる。
As described above, the present invention comprises a probe having a cantilever structure provided with a piezoresistor, and detects the resistance value of the piezoresistor, which changes by laser irradiation, by the resistance measuring means. By controlling the two planes of the probe plane and the recording medium surface in parallel, the structure can be simplified as compared with the conventional displacement detection by optical leverage or optical interference. The three or more position detection probes are arranged in a position where they are not on the same straight line in the plane where the probes are arranged, so that the two planes of the probe plane and the recording medium surface are arranged. Parallelism can be maintained with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における位置測定及び位置制
御装置の構成の該略図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of a position measurement and position control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の変位検出プローブの構造を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a structure of a displacement detection probe of FIG.

【図3】抵抗測定回路の該略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a resistance measurement circuit.

【図4】プローブ、媒体基板及びレーザ光の関係を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a probe, a medium substrate, and laser light.

【図5】検出される抵抗波形を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a detected resistance waveform.

【図6】情報処理装置に用いるマルチプローブ基板の概
略図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a multi-probe substrate used for an information processing device.

【図7】位置検出プローブと記録再生プローブの関係を
示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a position detection probe and a recording / reproducing probe.

【図8】ブリッジ回路による試料抵抗の測定を説明する
図。
FIG. 8 is a view for explaining measurement of a sample resistance by a bridge circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:変位検出プローブ 102:媒体基板 103:ステージ 104:アンプ 105:走査信号生成部 106:制御部 107:抵抗測定部 108:接近制御部 110:レーザ 201:探針 202:金属配線パターン 203:基板及び片持ち梁アーム 204:ピエゾ抵抗体 205:絶縁体保護層 601:プローブ基板 602:位置検出用プローブ 603:記録再生用プローブ 701:位置検出用プローブ 702:記録再生用プローブ 703:媒体基板 704:レーザ光 101: Displacement detection probe 102: Medium substrate 103: Stage 104: Amplifier 105: Scan signal generation unit 106: Control unit 107: Resistance measurement unit 108: Approach control unit 110: Laser 201: Probe 202: Metal wiring pattern 203: Substrate And cantilever arm 204: piezoresistor 205: insulator protective layer 601: probe substrate 602: probe for position detection 603: probe for recording and reproduction 701: probe for position detection 702: probe for recording and reproduction 703: medium substrate 704: Laser light

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】記録媒体に対して探針を走査し、その物理
的相互作用により情報の書き込みと読み出しを行なう複
数のプローブが平面内に2次元的に配置され、情報の記
録再生の際にプローブ平面と記録媒体表面との2平面を
平行に制御するための位置制御手段を備えた情報処理装
置であって、 前記位置制御手段が、ピエゾ抵抗体を備えたカンチレバ
ー構造のプローブと、該ピエゾ抵抗体の抵抗値を測定す
る抵抗測定手段と、前記ピエゾ抵抗体の抵抗値によって
前記プローブと前記記録媒体間の位置を制御するアクチ
ュエータと、前記プローブと前記記録媒体を同時照射す
るレーザとを有し、該レーザの照射によって変化する前
記ピエゾ抵抗体の抵抗値を前記抵抗測定手段によって検
出して前記プローブ平面と前記記録媒体表面との2平面
を平行に制御することを特徴とする情報処理装置。
A plurality of probes for scanning a recording medium with a probe and writing and reading information by physical interaction thereof are two-dimensionally arranged in a plane. An information processing apparatus comprising: a position control means for controlling two planes of a probe plane and a recording medium surface in parallel, wherein the position control means comprises a probe having a cantilever structure having a piezoresistor; A resistance measuring unit for measuring a resistance value of a resistor; an actuator for controlling a position between the probe and the recording medium by a resistance value of the piezoresistor; and a laser for simultaneously irradiating the probe and the recording medium. Then, the resistance value of the piezoresistor, which changes due to the laser irradiation, is detected by the resistance measuring means, and the two planes of the probe plane and the recording medium surface are flattened. An information processing apparatus characterized in that control is performed in rows.
【請求項2】前記位置制御手段におけるプローブが、少
なくとも3本の位置検出プローブからなり、該3本の位
置検出プローブが2次元的に配置されたプローブ平面内
において同一直線上にない位置に配置されていることを
特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
2. The probe in said position control means comprises at least three position detecting probes, and said three position detecting probes are arranged at positions not on the same straight line in a two-dimensionally arranged probe plane. The information processing apparatus according to claim 1, wherein
【請求項3】前記情報処理装置において、前記情報の書
き込みがプローブと記録媒体との間に電気的なバイアス
を印加する手段により行われることを特徴とする請求項
1または請求項2に記載の情報処理装置。
3. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the writing of the information is performed by means for applying an electric bias between the probe and the recording medium. Information processing device.
【請求項4】前記情報処理装置において、前記物理的相
互作用が電流であることを特徴とする請求項1〜請求項
3のいずれか1項に記載の情報処理装置。
4. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the physical interaction is a current.
JP28140597A 1997-09-29 1997-09-29 Information processor Pending JPH11102545A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28140597A JPH11102545A (en) 1997-09-29 1997-09-29 Information processor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28140597A JPH11102545A (en) 1997-09-29 1997-09-29 Information processor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11102545A true JPH11102545A (en) 1999-04-13

Family

ID=17638699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28140597A Pending JPH11102545A (en) 1997-09-29 1997-09-29 Information processor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11102545A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100492762B1 (en) * 2002-09-13 2005-06-07 엘지전자 주식회사 Nano data storage device
KR100606667B1 (en) * 1999-04-29 2006-07-31 엘지전자 주식회사 Information storage device
KR100746768B1 (en) * 2002-03-19 2007-08-06 주식회사 엘지이아이 Information recording and reading device using cantilever

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100606667B1 (en) * 1999-04-29 2006-07-31 엘지전자 주식회사 Information storage device
KR100746768B1 (en) * 2002-03-19 2007-08-06 주식회사 엘지이아이 Information recording and reading device using cantilever
KR100492762B1 (en) * 2002-09-13 2005-06-07 엘지전자 주식회사 Nano data storage device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7260051B1 (en) Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit
JP3450349B2 (en) Cantilever probe
US6252226B1 (en) Nanometer scale data storage device and associated positioning system
JP3030574B2 (en) Micro-displacement information detecting probe element, scanning tunnel microscope, atomic force microscope, and information processing apparatus using the same
US6507553B2 (en) Nanometer scale data storage device and associated positioning system
JP2802828B2 (en) Information record carrier and information processing apparatus using the same
US20120147722A1 (en) Nanometer Scale Instrument for Biochemically, Chemically, or Catalytically Interacting with a Sample Material
JP3029916B2 (en) Information processing device
JPH11102545A (en) Information processor
WO1997035308A1 (en) Recording apparatus
JP2967308B2 (en) Micro cantilever probe, method of manufacturing the same, surface observation device and information processing device provided with the same
JPH08315434A (en) Information processor
JP3053971B2 (en) Three-dimensional displacement element for generating tunnel current, multi-tip unit using the three-dimensional displacement element for generating tunnel current, and information processing apparatus
JP3093065B2 (en) Recording / reproducing method and recording / reproducing apparatus
JP2968613B2 (en) Information playback device
JP2994833B2 (en) Recording and / or reproducing apparatus, method and information detecting apparatus
JP2934057B2 (en) Probe unit and information recording and / or reproducing apparatus using the same
JP3056901B2 (en) Recording and playback device
JP2942011B2 (en) Information storage device
JP2995126B2 (en) Information processing device
King et al. Microcantilevers for Thermal Nanimaging and Thermomechanical Surface Modification
JPH05334737A (en) Tracking method and information processor using the same
JP4079397B2 (en) Tracking mechanism and tracking method for recording / reproducing apparatus
JPH11311628A (en) Displacement detection probe, position measuring device and position control device having the same
JPH04223203A (en) Cantilever type probe and information processing device and method using it